INTRODUCCIÓN
Según Manchumo, (2017) existe todavía un gran vacío en cuanto a las investigaciones históricas en torno al cacao y al chocolate en varias zonas amazónicas, en ciertos puntos: sus orígenes exactos y su adaptación y expansión hacia otras geografías. En la investigación realizada por León y col., (2016) se menciona que por el año 1600 ya se cultivaba el cacao en las tierras regadas por los afluentes río arriba de Guayaquil, por cuya razón se lo llamó cacao arriba, o también “cacao fino”, o “cacao nacional”. Así mismo, Mackay y col., (2019) en su investigación indicaron que entre el año 1914 y el año 1916, Ecuador se convirtió en el primer país exportador de cacao y en base a eso recibió alrededor de $77 millones por exportaciones, por lo que representaba entonces un 15% del mercado global. En cuanto a lo mencionado por Chávez y col., (2018) en el Ecuador se siembra y se cultiva Cacao Arriba y el CCN 51 en las siguientes Provincias: Esmeraldas, Manabí, Los Ríos, Guayas, El Oro, Pichincha, Cotopaxi, Bolívar, Chimborazo, Cañar, Azuay y parte del Oriente. Para llevar a cabo el secado, Orna y col., (2018) establecen que muchos agricultores lo realizan ya sea de forma natural o artificial, cuando se lo realiza por secado natural se aprovecha de la radiación solar, pero en época invernal es perjudicial ya que ocasiona daños en el producto y pérdidas en la producción. La presente investigación buscó reforzar los conocimientos sobre el secado de cacao que poseen los agricultores de la zona de estudio, en lo que respecta al secado del cacao y la manera tradicional de efectuarlo, donde suelen existir muchas pérdidas en el proceso del deshidratado del mismo, esto en relación a la temperatura y el tipo de secador que utilizan, por aquello se consideró que la incorporación de nuevas tecnologías de secado con flujos de aire, podría reducir en la medida de lo posible el tiempo empleado en la deshidratación del cacao CCN 51, por lo que el objetivo general Analizar los parámetros para el secado de cacao CCN 51 en una finca integral para una posible industrialización.
MATERIALES Y MÉTODOS
El desarrollo de la investigación se realizó en la Universidad Técnica de Manabí, ubicada en la ciudad de Portoviejo, en los laboratorios tanto de Eco-toxicología en donde se realizó la deshidratación del cacao CCN 51 en un equipo de secado sin flujo de aire, así como en el Laboratorio de Operaciones Unitarias en donde se realizó la deshidratación del cacao CCN 51 en un Secador de Túnel. La investigación fue de tipo experimental en la cual se realizaron diferentes tipos de secado a temperaturas tanto de 45°C como de 60°C, tomando como referencia la investigación de Menéndez y Burgos, (2022).
2.1. Factores en Estudio
Los factores en estudio son:
Factor A: Temperatura
Factor B: Equipos de secado con flujo y sin flujo de aire.
2.3. Tratamientos
Para determinar el número de tratamientos a utilizar en el estudio se tuvieron en cuenta cuatro experimentos de secado, las temperaturas seleccionadas fueron de 45 y 60°C, tanto en equipo de secado sin flujo de aire, como en equipo con flujo de aire, para un total de cuatro tratamientos.
En la Figura 1 se puede apreciar el proceso de secado del cacao CCN 51, desde que se encuentra en la mazorca recibiendo agua y sol, pasando por la etapa de cosecha, fermentación tanto aerobia como anaerobia, para luego proceder con la etapa de secado, para posteriormente ser embalsado y transportado a los compradores.
2.4. Variable a medir y método de evaluación
Las variables a medir en esta investigación fueron la temperatura y las condiciones del equipo para el secado de cacao CCN 51. Lo cual se lo realizó tanto en equipos con flujo de aire como sin flujo de aire, donde las muestras fueron evaluadas tomando la pérdida de masa cada 10 minutos en los diferentes equipos de secado utilizados y las mismas culminaron una vez se eliminó la humedad libre del producto.
2.5. Cálculos en los procesos de secado
Se aplicaron siguiendo la metodología empleada por Ocon y Tojo, (1980), en donde la cinética de secado se define como la velocidad de secado por la pérdida de humedad del sólido húmedo en la unidad de tiempo y más exactamente por el cociente diferencial (-dx/dθ) operando en condiciones constantes de secado, es decir con aire cuyas condiciones como temperatura, presión, humedad y velocidad permanezcan constantes en el tiempo. Aplicando la siguiente Ecuación 1:
En donde:
S |
Masa del sólido seco (kg) |
A |
Área de la superficie expuesta (m2) |
W |
Velocidad de secado (kg/m2 h) |
dx |
Diferencial de humedad (kg/kg) |
d𝜃 |
Intervalo de tiempo entre toma de muestra (h). |
Esta ecuación se planteó con el propósito de construir dos (2) tipos de curvas para los experimentos realizados, tanto a 45 y a 60°C, en equipos de secado con flujo y sin flujo de aire en los laboratorios de Operaciones Unitarias y de Ecotoxicología en la Universidad Técnica de Manabí, respectivamente.
2.6. Análisis Estadístico
Para el análisis estadístico de las variables de humedad y la cinética de secado en estudio se llevaron a cabo las siguientes pruebas:
Coeficiente de Determinación (R2): Se determinó para calcular la proporción de la varianza total de la variable explicada por su regresión.
Prueba de Rangos Múltiples: Permitió determinar las diferencias significativas entre las diferentes cinéticas de secado encontradas durante la investigación.
2.7 Tratamiento de Datos
Para la tabulación de resultados, se utilizó el programa estadístico Statgrapchics Centurion XVIII, el cual fue empleado para que una vez culminada la tabulación de resultados, se ejecute un análisis de datos, utilizado para calcular variables como la Prueba de Rangos Múltiples.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En la Figura 2 y la Figura 3 que representan una curva de cinética de secado realizada mediante un experimento, en equipos de secado con flujo y sin flujo de aire, donde se observa una gráfica que relaciona cinética de secado (kg/h*m2) vs Humedad (kg H2O/kg sólido seco) de una muestra de cacao secado de variedad CCN 51, aplicando una temperatura de 45°C. En donde se logró apreciar que el inicio de la curva al ser descendente inicia con una temperatura adecuada, que luego se vuelve constante en determinados periodos, vuelve a decrecer, repitiendo la misma secuencia.
En la Figura 4 y la Figura 5 que representan una curva de cinética de secado por cada tratamiento realizado mediante experimentos realizados en equipos de secado con flujo y sin flujo de aire, se observa una gráfica que relaciona cinética de secado (kg/h*m2) vs humedad (kg H2O/kg sólido seco) de una muestra de cacao secado de variedad CCN 51, aplicando una temperatura de 60°C. En donde se logró apreciar que el inicio de la curva al ser decreciente inicia con una temperatura adecuada, manteniéndose entre un periodo decreciente y un periodo constante hasta finalizar el experimento.
3.1 Ajustes de las curvas de cinéticas de secado
La Figura 6 responde al ajuste matemático de la relación entre la cinética de secado con la humedad media, según un experimento realizado en un equipo de secado sin flujo de aire a una temperatura de 45 °C, el cual fue analizado mediante el software Statgraphics Centurion XVIII el modelo que más se ajusta es el de la Raíz Cuadrada X, mientras que en la Figura 7 que consistió en el mismo experimento, pero en un equipo con flujo de aire, el modelo mejor ajustado fue el Doble Cuadrado.
La Figura 8 responde al ajuste matemático de la relación entre la cinética de secado con la humedad media, según un experimento realizado en un equipo de secado sin flujo de aire a una temperatura de 60 °C, el cual fue analizado mediante el software Statgraphics Centurion XVIII el modelo que más se ajusta es el de la Raíz Cuadrada X, mientras que en la Figura 9 que consistió en el mismo experimento, pero en un equipo con flujo de aire el modelo mejor ajustado fue el Doble Cuadrado.
Con respecto a la Tabla 2 y a la Tabla 3, en la mitad inferior de la salida muestra la diferencia estimada entre cada par de medias, se ha colocado un asterisco junto a 5 pares, lo que indica que estos pares muestran diferencias estadísticamente significativas al nivel de confianza del 95,0%. En la parte superior, se identifican tres grupos homogéneos mediante columnas de X, logrando descifrar que estadísticamente no existen cambios significativos entre las pruebas realizadas en un equipo con flujo de aire a 45 y 60°C.
45°C Sin Flujo de Aire | 29 | 0,2896 | X |
60°C Sin Flujo de Aire | 29 | 7,2026 | X |
60°C Con Flujo de Aire | 29 | 9,4915 | X |
45°C Con Flujo de Aire | 29 | 11,1737 | X |
45°C Sin Flujo de Aire - 45°C Con Flujo de Aire | * | 6,91297 | 1,97038 |
45°C Sin Flujo de Aire - 60°C Sin Flujo de Aire | * | -3,97107 | 1,97038 |
45°C Sin Flujo de Aire - 60°C Con Flujo de Aire | * | -2,28893 | 1,97038 |
45°C Con Flujo de Aire - 60°C Sin Flujo de Aire | * | -10,884 | 1,97038 |
45°C Con Flujo de Aire - 60°C Con Flujo de Aire | * | -9,2019 | 1,97038 |
60°C Sin Flujo de Aire - 60°C Con Flujo de Aire | 1,68214 | 1,97038 |
3.2 Discusión
Mediante los experimentos realizados se logró demostrar que, de los cuatro tratamientos utilizados en esta investigación, el más recomendable es el secado con flujo de aire a 60°C, que este caso se aplicó en un secador de túnel. Esto que fue recomendado por Parra, (2017) al proponer en su investigación la utilización de un generador de aire caliente para producir secado con un mecanismo de transferencia de calor como la convección. Lo cual coincide con la investigación realizada por López y Chávez, (2018) donde se menciona la satisfacción del productor con respecto al grano seco obtenido en un secador de tipo túnel construido con policarbonato, esto en relación al secado de manera tradicional. Así mismo Toroche y Villa, (2021) en su investigación recomienda utilizar un secador de tipo túnel para la deshidratación del cacao, con la finalidad de mantener el valor organoléptico y la pérdida adecuada de humedad del grano, garantizando la calidad del proceso.
En cuanto a la variable de temperatura aplicada en el presente manuscrito, se logra considerar una temperatura adecuada, los 60°C así como lo demuestra Teneda, (2013) donde los mejores resultados en el proceso de secado de cacao fueron a la temperatura anteriormente mencionada. Los resultados obtenidos se pueden comparar con la investigación de Plaza y Yange, (2012), donde señalan que el flujo de aire para el secado del cacao es muy beneficioso para un ahorro de tiempo y que es importante que la temperatura no sea superior a los 80 °C.
En referencia a la cinética de secado la presente investigación, la variable de temperatura se compara con el estudio de Jiménez y col., (2016), donde el resultado para alcanzar la humedad de equilibrio más rápidamente fue usando una temperatura de 60°C en un secador de túnel, con la diferencia de la velocidad del flujo de aire que fue de 20 m s-1, la cual es superior a la velocidad de 8,47 m s-1 empleada en la presente investigación.
En torno a la humedad es necesario considerarla una variable de mucho rigor, puesto que investigaciones como la de Tinoco y Ospina, (2010) mencionan que, si no hay control de la pérdida de peso, no es posible mantener una velocidad de secado constante para disminuir el tiempo de operación y que el producto se puede quemar en su superficie.
Es importante destacar que la calidad del grano utilizado en la presente investigación según lo mencionado en la investigación de Menéndez y Burgos, (2022) cumplía con los requisitos estipulados en la normativa ecuatoriana NTE INEN 176, (2018) referente a la calidad del grano del cacao, mientras que en el aspecto de costo, muchos países resaltan la gran importancia de implementar procesos relacionados con el secado del cacao con la intención de disminuir los costos y ser más productivos en el mercado, esto según el estudio de Tinoco y Ospina, (2010).
CONCLUSIONES
Se determinó que utilizar un equipo de secado con flujo de aire a una temperatura de 60°C, es el tratamiento que permite eliminar la mayor cantidad de agua en un menor tiempo posible, lo que disminuirá la cantidad de pérdidas del producto y beneficiará en el ahorro del tiempo de operación a los productores de la zona.
Se lograron definir los modelos matemáticos que más se ajustan a los resultados obtenidos en el cálculo de la cinética de secado para el cacao CCN 51, el cual fue el modelo de la Raíz cuadrada-Y logarítmica-X, con un ajuste de regresión lineal de R2 de 97,95% y un factor de correlación de 0,98.